Císařským matematikem
Už dva dny po Tychonově smrti byl Kepler pověřen péčí o Tychonovy přístroje a nedokončené práce. Byl tedy jmenován Tychonovým nástupcem, což byl takový vzestup, který nečekal a byl tím zaskočen. Samozřejmě to vzbudilo nevoli u dalších Tychonových spolupracovníků, kteří sice neměli ani zdaleka tolik talentu, ale s bývalým mistrem strávili mnohem delší čas.
Následná léta byla poněkud okořeněna sporem s vdovou po Tychonovi, která se jeho smrtí dostala do velmi obtížné hmotné situace. Živitel rodiny byl mrtev a majetku mnoho nezanechal. V podstatě to jediné hodnotné byly právě přístroje a záznamy z pozorování. To vše náhle císař přiřkl Keplerovi. Tahanice trvaly nějaký čas a Kepler dokonce k obojímu ztratil přístup. Nemohl tak pokračovat v astronomické práci.
V mezičase rozhodně nezahálel. Společně s kolegou, matematikem Bürgim (což byl mimochodem vynálezce logaritmů, ovšem objev nepublikoval, a proto jej předstihl Angličan Napier), vynalezl nový druh pumpy, v podstatě dnešní zubové čerpadlo. Dále se věnoval optice a sepsal o ní vědecké pojednání.
Až teprve v červenci 1604 se mohl pustit do své životní práce, zprvu nazvané „Komentáře o pohybu Marsu“. Už od začátku tohoto roku se tímto problémem zabýval. Nakonec se ukázalo, že výsledkem nebudou jen nějaké „komentáře pod čarou“. Ne, výsledkem bude úplně nová astronomie.
Je to možná překvapivé, ale v této době už Kepler znal matematický vzorec, popisující jeho druhý zákon o pohybu planet. V roce 1602 totiž přišel na astronomicky zcela kacířskou myšlenku. Co když se planety kolem slunce nepohybují konstantní rychlostí?
Co když se sice pohybují po kruhové dráze, nicméně Slunce neleží ve středu této dráhy (tento princip byl nazýván ekvant) a ve chvíli, kdy je planeta blíže ke slunci, pohybuje se nejrychleji, no a na opačném konci nejpomaleji? Co když to tak opravdu je?
Tento Keplerův nápad popíral 2000 let astronomie. Všechny filozofické i astronomické kapacity měly v tomto jasno. Planety se kolem Slunce musí pohybovat rovnoměrným pohybem, protože tento pohyb je ideální, nejlepší ze všech možných. To znělo logicky, a proto to musela být pravda. J
Jenže Kepler zjistil, že tomu tak být nemusí. Obsahy ploch opsaných průvodičem planety (spojnice planety a Slunce) za stejný čas jsou stejně velké – tak zněl jeho objev a Kepler zjistil, že po matematické stránce perfektně sedí. Kapacity se tedy mýlily. Kepler sice ještě netušil, jaký je tvar planetárních drah, ale už pochopil tajemství rychlosti pohybu planet.
Práce na prvním zákonu
Nyní se tedy vrhl na svůj budoucí první zákon. Po jaké dráze se Mars pohybuje? Kepler se pustil do nesmírně náročných výpočtů, jejichž složitost si pro dobu bez počítačů či kalkulaček, ba i bez logaritmických pravítek a tabulek, umíme jen těžko představit. Protože dosavadní výpočty stále nikam nevedly, provedl Kepler další zcela kacířský krok. Ještě sice nevěděl, jaký je tvar dráhy Marsu, jedno ale věděl zcela jistě. Není kruhová.
Opět to bylo něco zcela nepředstavitelného. Po tisíciletí platilo, že dráhy planet musí být kruhové, protože kruh je ideálním geometrickým útvarem. Zavrhnout pravdu věků vyžadovalo obrovskou odvahu. Kepler ji měl. Jenže pokud se tedy planety nepohybují po kruhové dráze, tak po jaké?
Kepler zprvu tápal a zkusil pro Mars propočítat dráhu vejčitou. Nám to dnes přijde poněkud groteskní, ale tvar vejce je zajímavým „kompromisem“ mezi dvěma kruhy – snad tak Kepler uvažoval. Nebo že by vejce bral jako filozofický symbol zrodu? Těžko říct, protože ani čtyřicet pokusů nikam nevedlo. Kepler popsal 900 stran poznámek, strávil nekonečné hodiny dřiny, která byla marná. Takto se planety také nepohybují.
Jenže mezitím se nad hlavami všech lidí rozpoutalo další zázračné divadlo – v říjnu 1604 vzplanula v souhvězdí labutě další pouhým okem viditelná supernova. Dnes ji nazýváme Keplerovým jménem, protože o ni sepsal spis De Stella Nova, ale on sám ji neobjevil.
Nicméně ve svém spise plně pochopil veškeré důsledky. Potvrdil o ní, že se nachází dále, než náš Měsíc, a zdůraznil, že spolu s dříve objevenými proměnnými hvězdami (v roce 1596) a s Tychonovou hvězdou tyto objevy znamenají, že aristotelská představa o vesmíru je vyvrácena. No a když se velký filozof mýlil v jednom, možná se mýlil i v druhém.
Koncem roku 1604 věděl Kepler, že výsledkem jeho dosavadní práce je negace. Planetární dráze Marsu nevyhovuje ani kruh, ani vejčitý ovál. Ve své práci si dal pauzu a pravdu měli zlí jazykové, kteří tvrdili, že píše o něčem, jehož řešení nezná. Kepler se pustil do své přelomové knihy v naivní víře, že problém rychle vyřeší. Nestalo se.
Avšak 18. prosince, v předvánočním čase, který se ale tehdy ještě nevyznačoval nákupní horečkou jako dnes, Kepler dostal nápad a zmínil se o něm v dopise kolegovi Fabriciovi, který jeho výpočty kontroloval. Kruh je vzhledem k dráze příliš široký, ovál příliš úzký.
Skutečná dráha musí být něco mezi tím „právě tak jako by dráha Marsu byla dokonalá elipsa. Ale zatím jsem stran této věci nic neprozkoumával.“ Možná byl Kepler inspirován elipsovitým půdorysem Vlašské kaple, kolem které často chodíval a později v blízkosti i bydlel. Těžko říct, ale jakmile na tento nápad přišel, měl jasno a po Velikonocích 1605 své dílo v rychlosti dokončil.
Kniha byla sice vyhotovena s věnováním císaři Rudolfovi, ale vytištěna byla až v roce 1609 pod názvem Astronomia nova, což bylo s ohledem na přelom, který znamenala, naprosto případné. Důvodem zpoždění byly jako obvykle peníze – prokletí, které Keplera pronásledovalo celý život.
Ke knize Kepler dopsal úvod, v němž se zamýšlí nad něčím, co doposud nikoho nenapadlo. Jaká je síla, která způsobuje pohyb planet. A co je zdrojem této síly. Správně pochopil, že síla je skryta ve Slunci a některé formulace přímo předjímají pozdější Newtonův gravitační zákon. Nechybělo mnoho a Kepler jej mohl objevit.
